Новое исследование, опубликованное сегодня (22 июня) в журнале Nature Chemical Biology, показало, что это редкое «дополнительное» основание, известное как 5-формилцитозин (5fC), стабильно в тканях живых мышей. Хотя его точная функция еще не определена, физическое положение 5fC в геноме делает вероятным, что он играет ключевую роль в активности генов.«Эта модификация ДНК находится в очень специфических положениях в геноме — местах, которые регулируют гены», — сказал ведущий автор статьи доктор Мартин Бахман, проводивший исследование в отделении химии Кембриджа. «Кроме того, он был обнаружен в каждой ткани тела, хотя и в очень низких количествах».
«Если 5fC присутствует в ДНК всех тканей, вероятно, он существует не просто так», — сказал профессор Шанкар Баласубраманян из Департамента химии и Кембриджского института онкологических исследований Великобритании, который руководил исследованием. «Считалось, что эта модификация была исключительно короткоживущим промежуточным продуктом, но тот факт, что мы продемонстрировали, что она может быть стабильной в живой ткани, показывает, что она может регулировать экспрессию генов и потенциально сигнализировать о других событиях в клетках».Поскольку структура ДНК была открыта более 60 лет назад, известно, что существует четыре основания ДНК: G, C, A и T (гуанин, цитозин, аденин и тимин). Порядок расположения этих оснований определяет структуру генома.
Помимо G, C, A и T, существуют также небольшие химические модификации или эпигенетические метки, которые влияют на интерпретацию последовательности ДНК и контролируют включение или выключение определенных генов. Изучение этих меток и того, как они влияют на активность генов, известно как эпигенетика.5fC является одной из таких меток, и образуется, когда ферменты, называемые ферментами TET, добавляют кислород к метилированной ДНК — молекуле ДНК с более мелкими молекулами метила, прикрепленными к основанию цитозина.
Впервые обнаруженный в 2011 году, считалось, что 5fC был «переходным» состоянием цитозинового основания, которое затем удалялось из ДНК специальными ферментами репарации. Однако это новое исследование показало, что 5fC действительно может быть стабильным в живой ткани, поэтому вполне вероятно, что он играет ключевую роль в геноме.
Используя масс-спектрометрию высокого разрешения, исследователи изучили уровни 5fC в тканях живых взрослых и эмбриональных мышей, а также в эмбриональных стволовых клетках мыши — основных клетках организма, которые могут стать практически любым типом клеток в организме.Они обнаружили, что 5fC присутствует во всех тканях, но очень редко, что затрудняет его обнаружение. Даже в головном мозге, где он наиболее распространен, 5fC присутствует только в количестве около 10 частей на миллион или меньше. В других тканях по всему телу он присутствует в количестве от одной до пяти частей на миллион.
Исследователи применили метод, состоящий в кормлении клеток и живых мышей аминокислотой под названием L-метионин, обогащенной природными стабильными изотопами углерода и водорода, и измерения поглощения этих изотопов до 5fC в ДНК. Отсутствие поглощения в неделящейся ткани мозга взрослого человека указывает на тот факт, что 5fC может быть стабильной модификацией: если бы это была временная молекула, это поглощение изотопов было бы высоким.
Исследователи полагают, что 5fC может изменить способ распознавания ДНК белками. «Немодифицированная ДНК взаимодействует с определенным набором белков, и присутствие 5fC может прямо или косвенно изменить эти взаимодействия, изменяя форму дуплекса ДНК», — сказал Бахман. «Другая форма означает, что молекула ДНК может затем привлекать различные белки и факторы транскрипции, что, в свою очередь, может изменить способ экспрессии генов».«Это изменит мышление людей в изучении развития и роль, которую эти модификации могут играть в развитии определенных заболеваний», — сказал Баласубраманян. «В то время как работа по определению точной функции этого« дополнительного »основания продолжается, его положение в геноме предполагает, что оно играет ключевую роль в регуляции экспрессии генов».
Исследование было поддержано Cancer Research UK, Wellcome Trust и Советом по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук Великобритании.